Les étoiles de Hawking : quand les trous noirs dévorent les étoiles de l'intérieur
De minuscules trous noirs primordiaux pourraient être capturés par des étoiles et les dévorer de l'intérieur. Une étude théorique décrit plusieurs signatures observables potentielles, notamment des explosions inhabituelles, de faibles sursauts de rayons gamma et de nouveaux indices sur la nature de la matière noire.
La période qui a immédiatement suivi le Big Bang demeure entourée de nombreux mystères que la cosmologie moderne tente encore d'élucider. D'un côté, les cosmologistes élaborent des hypothèses sur les caractéristiques de cet Univers primordial et sur les objets qui auraient pu le peupler. De l'autre, les astronomes recherchent sans relâche des preuves observationnelles susceptibles de confirmer ces scénarios.
Parmi les objets hypothétiques issus de l'Univers primordial figurent les « trous noirs primordiaux ». Leur existence est envisagée par plusieurs modèles cosmologiques, mais aucune preuve observationnelle directe n'a encore été obtenue. Reste donc une question essentielle : quels indices les astronomes devraient-ils observer pour démontrer leur existence ?
La réponse dépend en grande partie des théoriciens, qui imaginent différents scénarios dans lesquels ces trous noirs primordiaux produiraient des signatures détectables.
Les étoiles de Hawking : comment une étoile pourrait capturer un trou noir primordial
Le célèbre cosmologiste et physicien théoricien britannique Stephen Hawking avait imaginé un scénario qui permettrait, en théorie, de mettre en évidence l'existence des trous noirs primordiaux.
Il s'agit des « étoiles de Hawking » : des étoiles ayant capturé un trou noir primordial. Si un tel objet venait à être observé, il pourrait constituer une preuve indirecte de l'existence de ces mystérieux vestiges de l'Univers primordial.
Une étude récente menée par une équipe internationale dirigée par Ore Gottlieb, du département de physique du Massachusetts Institute of Technology (MIT), aux États-Unis, s'est intéressée à la formation possible des « étoiles de Hawking » ainsi qu'à leur évolution. Les chercheurs proposent plusieurs signatures observationnelles qui pourraient révéler l'existence de trous noirs primordiaux.
Une étoile dévorée de l'intérieur : le destin des étoiles de Hawking
Ces objets se seraient formés peu après le Big Bang selon un mécanisme très différent de celui des trous noirs stellaires. Ces derniers se forment après l'explosion en supernova d'étoiles très massives, ce qui marque le stade final de leur évolution.
À l'inverse, les trous noirs primordiaux se seraient formés à partir de l'effondrement de la matière noire et pourraient avoir une masse initiale bien inférieure à celle du Soleil, voire comparable à celle d'un astéroïde.
Gottlieb et ses collaborateurs se sont intéressés à des trous noirs primordiaux de faible masse.
Une étude récente menée par une équipe internationale dirigée par Ore Gottlieb, du département de physique du Massachusetts Institute of Technology (MIT), aux États-Unis, s'est penchée sur la possibilité de la formation d'une « étoile de Hawking » et sur son évolution. Les chercheurs suggèrent plusieurs signatures observationnelles qui pourraient révéler l'existence des trous noirs primordiaux.
Si un trou noir primordial traversait une étoile au cours de sa trajectoire, ce passage se produirait probablement sans conséquence, ni pour l'étoile ni pour le trou noir.
En revanche, si l'étoile possédait un compagnon, qu'il s'agisse d'une planète ou d'une autre étoile, le trou noir pourrait être capturé par le champ gravitationnel de ce système binaire et effectuer des passages répétés à travers la même étoile.
À chaque traversée, le trou noir perdrait de l'énergie cinétique en raison des frottements avec le gaz stellaire. Son orbite deviendrait alors de plus en plus serrée, jusqu'à ce qu'il plonge vers le centre de l'étoile, transformant celle-ci en une « étoile de Hawking ».
Pourquoi ces étoiles pourraient révéler la nature de la matière noire
Deux scénarios sont envisagés pour l'évolution de l'étoile après la capture du trou noir primordial.
Dans le premier cas, le trou noir croît lentement en dévorant le gaz de l'étoile depuis son intérieur. Cette croissance finit par consumer entièrement l'étoile, ne laissant derrière elle qu'un trou noir dont la masse est inférieure à celle du Soleil.
Étant donné que, selon les lois de la physique, les trous noirs stellaires doivent avoir une masse supérieure à celle du Soleil, la découverte d'un trou noir de masse inférieure à celle du Soleil confirmerait la possibilité qu'il se soit formé d'une manière « non conventionnelle », c'est-à-dire à partir de l'effondrement de la matière noire.
Le second scénario est plus violent. À l'intérieur de l'étoile, le trou noir pourrait former son propre disque d'accrétion. Sa rotation, combinée à l'émission de jets relativistes, pourrait détruire l'étoile avant même de l'avoir entièrement consommée.
La destruction rapide et violente d'une étoile de Hawking pourrait produire un flash ultraviolet ou bleu durant environ une journée, suivi d'une émission radio, mais aussi d'un bref sursaut de rayons X ou d'un faible sursaut de rayons gamma : autant de signatures extrêmes qui pourraient être détectées par les observatoires spatiaux, précisément les signaux que recherchent les astronomes observationnels.
Pour l'instant, les « étoiles de Hawking » restent des objets purement théoriques, qui n'ont encore jamais été observés directement. Leur étude ouvre toutefois une nouvelle voie pour rechercher des traces de trous noirs primordiaux.
Si, un jour, une étoile dévorée de l'intérieur par l'un de ces objets était identifiée, nous disposerions d'une preuve exceptionnelle de l'existence de processus ayant pris naissance dans les tout premiers instants de l'Univers.
Référence de l'article
GOTTLIEB, O., CANTIELLO, M., NORTON, C., VAN TILBURG, K., AND KLEBAN, M.. (2026). The Life and Death of Stars That Capture Primordial Black Holes.